破片對坦克部件毀傷模擬試驗研究

吳曉穎，張 志，王懷軍，李 帆

(1.裝甲兵工程學院 兵器工程系， 北京100072； 2.白城兵器試驗中心， 吉林 白城 137001； 3.北京軍代局駐長治軍代室， 山西 長治 046012)

【裝備理論與裝備技術】

破片對坦克部件毀傷模擬試驗研究

吳曉穎1，張 志1，王懷軍2，李 帆3

(1.裝甲兵工程學院 兵器工程系， 北京100072； 2.白城兵器試驗中心， 吉林 白城 137001； 3.北京軍代局駐長治軍代室， 山西 長治 046012)

榴彈毀傷元素沖擊波和破片對坦克部件的毀傷,單純的理論分析和計算機仿真分析難以得到令人信服的毀傷規律，需要實彈毀傷數據驗證；結合試驗研究項目，針對破片對坦克部件的毀傷進行了設計和實施準備，獲取并處理相關數據，得到部件的毀傷規律，為類似試驗的開展提供有益借鑒，對開展裝備毀傷研究具有重要意義。

破片；毀傷；試驗

任何一個坦克部件的損壞都會影響到裝備整體性能的發揮。傳統反坦克彈藥榴彈的破片能夠對坦克部件造成一定的毀傷，使坦克性能降低[1-3]。研究反坦克彈藥對坦克目標的毀傷效應,掌握彈藥毀傷元對坦克整體及重要部件的毀傷機理與毀傷規律,是提高坦克防護性能以及反坦克彈藥研制和發展的重要基礎。

近年來關于坦克毀傷的相關研究較多。李向東等[4]通過理論計算方法建立毀傷模型，分析了榴彈對坦克的毀傷情況；李向榮等[5]利用射擊線技術原理，通過計算機仿真研究了殺爆彈對坦克的毀傷效應；黃經偉[6]建立坦克關鍵部件的等效模型以及整車易損性等效模型，提出了坦克關鍵部件和整車的毀傷概率計算模型。雖然理論分析與仿真模擬能夠得到彈藥對坦克部件毀傷的效應，但是與真實的毀傷相比可靠性較差。為了準確得到坦克部件級的毀傷效應，有必要開展破片對坦克部件毀傷模擬試驗研究， 尋找破片和部件毀傷之間的規律，為坦克毀傷評估提供有效數據。

1 模擬試驗總體設計

為了進行破片對坦克部件毀傷試驗研究，首先需要繪制坦克部件模型圖紙并加工，然后選擇和改裝試驗彈藥，在此基礎上設計試驗方案，最后組織實施試驗過程、記錄實驗數據、分析試驗結果，完成試驗[7]。設計思路如圖1所示。

圖1 模擬試驗設計思路

鑒于榴彈破片的威力，選擇坦克上裝部分中對武器性能有重要影響作用的車長指揮鏡和炮長瞄準鏡2個部件[8]，繪制2個部件圖紙并加工，形成部件模型，加工數量取決于試驗方案的要求。

同樣，根據坦克在戰場上的應用情況，選擇與真實戰場情況較為接近的彈藥作為試驗用彈藥。首先按照試驗需求，改裝設計彈藥；然后根據試驗目的和要求，設計試驗方案；最后組織實施試驗并對獲得的試驗數據進行分析。

2 試驗組織實施

2.1 試驗方案

在研究目標等效的基礎上，根據榴彈破片對部件毀傷能力的特點，為確保毀傷模擬試驗的順利進行，設定試驗方案，有關內容如表1所示。

2.2 試驗品

試驗品包括被試品和參試品。被試品為坦克的部分部件模型。查閱相關資料并測繪實物，繪制試驗部件模型圖并進行部件加工。車長指揮鏡和炮長瞄準鏡2個部件模型如圖2，加工后的部件實物如圖3所示。

參試品主要包括某型榴彈彈丸、改進的引信、傳爆引線、絕緣帶、起爆雷管鋼尺、起爆器等。

表1 試驗方案

圖2 坦克部件模型

圖3 坦克部件實物

試驗彈藥選取某型榴彈。對引信進行改裝，采用爆發器直接起爆，在起爆前引信處于短路狀態，當試驗準備完畢后，斷開引信短路線，實施起爆。試驗用彈丸如圖4。

圖4 試驗用彈丸

2.3 試驗品布置

該模擬試驗通過某型榴彈在相應位置靜爆[9]條件下產生破片和沖擊波來對坦克部件造成毀傷，獲得毀傷數據。試驗的測試工作主要包括破片初速測定、沖擊波測定、坦克部件布置位置確定和部件固定、測試儀器布置等，其示意圖如圖5。

圖5 試驗部件布置示意圖

3 試驗結果分析

通過模擬試驗，榴彈爆炸后產生的破片場對坦克模擬部件的毀傷效果如圖6所示。

圖6 部件毀傷效果圖

本文選取質量10 g長方形破片對部件的毀傷數據進行研究分析，具體毀傷數據如表2至表5所示。

表2 車長指揮鏡的侵徹深度

表3 車長指揮鏡的侵徹孔徑

表4 炮長瞄準鏡的侵徹深度

表5 炮長瞄準鏡的侵徹孔徑

表2和表3中的數據，是質量為10 g且侵徹速度在650～1 300 m/s的長方形破片對車長指揮鏡造成侵徹坑口直徑在25～32 mm并且侵徹厚度在8～20 mm的毀傷數據。

通過數值統計的方法，得到了車長指揮鏡毀傷與破片侵徹速度的規律如圖7和圖8實線所示。為了能有效地得到車長指揮鏡的毀傷規律，通過Origin8.5軟件，利用多元線性回歸的方法將有限的毀傷數據進行高斯擬合，得到了車長指揮鏡毀傷與破片侵徹速度的規律如圖7和圖8虛線所示，其擬合方程如下：

H=15.3·ln(v)-91.3

(1)

D=15.6·e0.000 6v

(2)

其中,H為侵徹深度(mm)；v為侵徹速度(m/s)；D為侵徹孔徑(mm)。

方程(1)適用條件： 靜爆條件下； 10 g長方形破片； 毀傷對象為車長指揮鏡。

方程(2)適用條件：靜爆條件下；10 g長方形破片；毀傷對象為車長指揮鏡。

由圖7可知，質量為10 g的長方形破片以650～1 300 m/s的速度侵徹車長指揮鏡時，能對指揮鏡造成11～19 mm深的坑洞。對于某型主戰坦克的車長指揮鏡,其外殼等效厚度為12 mm,根據部件毀傷模式[10],車長指揮鏡殼體被擊穿,內部結構同時被毀傷。

表4和表5中的數據，是質量為10 g且侵徹速度在650～1 300 m/s的長方形破片，對炮長瞄準鏡造成的侵徹坑口直徑在28～35 mm，并且侵徹深度在9～16 mm的毀傷數據。

同理，處理炮長瞄準鏡毀傷數據后，得到了炮長瞄準鏡與破片侵徹速度的物理毀傷規律和擬合曲線，如圖9和圖10中實線和虛線所示。擬合方程如下：

H=13.4-ln(v)-80

(3)

D=17.3·ln(v)-88

(4)

其中:H為侵徹深度(mm)；v為侵徹速度(m/s)；D為侵徹孔徑(mm)。

方程(3)、方程(4)適用條件：靜爆條件下；10 g長方形破片；毀傷對象為炮長瞄準鏡。

圖7 侵徹深度與破片侵徹速度的關系

圖8 侵徹孔徑與破片侵徹速度的關系

由圖9可知，質量為10 g的長方形破片以650～1 300 m/s的速度侵徹炮長瞄準鏡時，能對身管造成9～16 mm深的坑洞。對于某型主戰坦克的炮長瞄準鏡，其殼體等效厚度為10 mm，根據部件毀傷模式[10]，炮長瞄準鏡殼體被擊穿，內部結構同時被毀傷。

圖9 侵徹深度與破片侵徹速度的關系

圖10 侵徹孔徑與破片侵徹速度的關系

4 結論

1) 在靜爆條件下，破片的侵徹速度和部件被侵徹的深度呈現對數函數規律；

2) 根據試驗結果并結合坦克破壞程度評價表[2]，發現炮長瞄準鏡的毀傷對坦克的作用效果比車長指揮鏡更顯著，更容易受到毀傷，所以在設計和生產中需要注意提高炮長瞄準鏡的防護能力；

3) 采用模擬試驗對部件的毀傷研究，能夠簡化工作流程、縮短周期，達到預期的效果；

4) 試驗的結果可以為裝備部件毀傷規律的研究提供數據支持，同時試驗的組織實施也能為類似試驗的開展提供借鑒。

[1] 鄭振忠.裝甲裝備戰斗毀傷學概論[M].北京:兵器工業出版社,2004:49-51.

[2] 王鳳英,劉天生.毀傷理論與技術[M].北京:北京理工大學出版社,2009:10-15.

[3] 王維和,李惠昌(譯).終點彈道學原理[M].北京:國防工業出版社,1988:25-28.

[4] 李向東,張運法,趙國志.榴彈對坦克目標的毀傷研究[J].兵工學報,2001,22(2):276-279.

[5] 李向榮,王國輝,徐峰.殺爆彈對主戰坦克毀傷評估仿真[J].裝甲兵工程學院學報,2009,23(2):44-47.

[6] 黃經偉.破片式戰斗部破片規律及破片對步兵戰車的侵徹作用研究[D].南京:南京理工大學,2014,58-60.

[7] 吳曉穎,李帆,張萬君.裝備毀傷模擬試驗方案的設計與優化[J].四川兵工學報,2014,35(10):5-7.

[8] 李向東,杜忠華.目標易損性[M].北京：北京理工大學出版社,2013:120-123.

[9] 李世才,姚劍紅,王家浚.整體殺爆彈靜爆效應實驗簡介[J].軍事科技期刊,1998(2):40-43.

[10] 李帆.榴彈作用下坦克上裝易損部件毀傷評估仿真研究[D].北京:裝甲兵工程學院,2014:5-10.

ResearchonSimulationTestofTankComponentsDamagedbyFragments

WU Xiaoying1, ZHANG Zhi1, WANG Huaijun2, LI Fan3

(1.Department of Arms Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China; 2.Baicheng Ordnance Text Center of China, Baicheng 137001, China; 3. Military Representative Bureau in Changzhi of Military Representative Office of Beijing, Changzhi 046012, China)

For the component damage under the action of the damage element which included shock wave and fragments, the damage data obtained in the method of theoretical analysis and computer simulation analysis is unconvincing, and it is certain to obtain the parts damage data under the action of live ammunition for confirmation. Combined with experimental research project, we did the design and preparation of work, in which the tank parts damage was caused by fragments, to obtain and process the related data. Finally, the damage laws of parts are got. Not only the research can provide a useful reference for the similar experiments development, but also it has important sense to carry out research on equipment damage.

fragment; damage; experiment

2017-07-21；

2017-08-19

吳曉穎(1965—)，女，副教授，主要從事彈藥毀傷與防護研究。

張志(1991—)，男，碩士研究生，主要從事彈藥毀傷與防護研究。

10.11809/scbgxb2017.10.001

本文引用格式：吳曉穎，張志，王懷軍，等.破片對坦克部件毀傷模擬試驗研究[J].兵器裝備工程學報，2017(10):1-4.

formatWU Xiaoying, ZHANG Zhi, WANG Huaijun, et al.Research on Simulation Test of Tank Components Damaged by Fragments[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(10):1-4.

TJ01

A

2096-2304(2017)10-0001-04

(責任編輯周江川)